• 柱塞在泵筒内被卡死在某一位置 时，在抽汲过程中柱塞无法移动 而只有抽油杆的伸缩变形，图形 形状与被卡位置有关。图 1 － 20 为柱塞卡在泵筒中部时的实测示 功图。上冲程中，悬点载荷先是 缓慢增加，将被压缩而弯曲的抽 油杆柱拉直，到达卡死点位置后， 抽油杆柱受拉而伸长，悬点载荷 以较大的比例增加。下冲程中， 先是恢复弹性变形，到达卡死点 后，抽油杆柱被压缩而发生弯曲。 所以，在卡死点的前后段，悬点 以不同的比例增载或减载，示功 图出现两个斜率段。
图1-21 喷势强、油稀带喷
图1-22 带喷
喷势弱、油稠
5．抽油杆断脱的示功图
• 抽油杆断脱后的悬点载荷实际上 是断脱点以上的抽油杆柱重量， 只是由于摩擦力的作用，才使上、 下载荷线不重合。图形的位置取 决于断脱点的位置。图1－23为抽 油杆柱在接近中部断脱时的示功 图。 • 抽油杆柱的断脱位置可根据下式 来估算： • L=hC/(bqrg) • 断脱位置比较低的示功图同有些 带喷井的示功图在形状上是相似 的。但带喷井泵效高、产量大， 而抽油杆柱断脱的井的产量却等 于零
二、抽油机井理论示功图 （又称为静力示功图）
• 抽油机井理论示功 图是描绘抽油机井 驴头悬点载荷与光 杆位移的关系曲线， 它是解释前面介绍 的抽油泵 ( 深井泵 ) 抽吸状况最有效的 手段，其基础是理 论示功图。
图1－10 抽油机井理论示功图
1．理论示功图
• 理论示功图是在一定理想条件下绘制出来的， 主要是用来与实测示功图进行对比分析，以此 来判断深井泵的工作状况。其理想条件为： • 1)假设泵、管没有漏失，泵正常工作； • 2)油层供液能力充足，泵充满程度良好； • 3)不考虑动载荷的影响； • 4)不考虑砂、蜡、稠油的影响； • 5)不考虑油井连抽带喷； • 6) 认为进入泵的液体是不可压缩的，阀是瞬时 开闭的。 • 这样抽油机井驴头悬点光杆处载荷与位移的关 系建立在直角坐标系的图形就称为理论示功图， 如图1－10所示。
四、典型的实测示功图分析
• 典型示功图是指某一因素的影响十分明 显，其形状代表了该因素影响下的基本 特征的示功图。在实际情况下，虽然有 多种因素影响示功图的形状，但总有其 主要因素，所以，示功图的形状也就反 映着主要因素影响下的特征。
1、气体和余隙容积对示功图的影响
• 余隙越大，残存的气量越多，泵口 压力越低，则吸入阀打开滞后得越 多，即BB／线越长。 • 下冲程时，气体受压缩，泵内压力 不能迅速提高，卸载变慢(如CD／)， 使排出阀滞后打开(D／点)。 • 泵的余隙越大，进入泵内的气量越 多，则 DD ／ 线越长，示功图的“刀 把”越明显。当进泵气量很大而沉 没压力很低时，泵内气体处于反复 压缩和膨胀状态，吸入和排出阀处 于关闭状态，出现“气锁”，如图1 － 14 的点画线所示。但气锁会因沉 没压力升高而自动解除。 • 气体和余隙容积使泵的有效冲程变 小，示功图面积变小，泵效降低。
图1－16 泵排出部分漏失 的示功图
2)固定阀漏失
• 下冲程开始后，由于固定阀漏失， 泵内压力不能及时提高而延缓了 卸载过程(图1－17的CD／线)，同 时使游动阀不能及时打开。只有 当柱塞速度大于漏失速度后，泵 内压力提高到大于液柱压力，才 将排出阀打开，而卸去液柱载荷。 下冲程的后半冲程中因柱塞速度 减小，当小于漏失速度时，泵内 压力降低使游动阀提前关闭 (A ／ 点)，悬点提前加载。到达下死点 时，悬点载荷已增加到A”。 • 由于固定阀的漏失而造成排出阀 打开滞后(DD／)和提前关闭(A／ A)，活塞的有效排出冲程为D／A ／。这种情况下使泵效降低。
图1－15 沉没度太小的示功图
3．漏失对示功图的影响
• 1) 游动阀、柱塞与泵筒间的漏 失 • 由于游动阀、柱塞与泵筒间漏 失的影响，固定阀在 B’ 点才打 开，滞后了 BB ／ 这样一段柱塞 行程；而在接近上冲程时又在 C／点提前关闭。这样柱塞的有 效吸入冲程为 B ／ C ／ ，在此情 况下使示功图变小，泵效降低。 • 当漏失量很大时，由于漏失液 体对柱塞的“充填”作用很大， 上冲程载荷远低于最大载荷， 如图1－16中的AC／”所示， 吸入阀始终是关闭的，泵的排 量等于零，泵效为零。
三．实测示功图
• 实测示功图是由专 门测试仪器在抽油 机井口悬绳器处测 得，如图 1 － l2 所示。 是由测试记录笔画 的不规则的封闭曲 ABCD和预先设定的 基线 (S) 组成，纵坐 标方向表示驴头悬 点载荷的大小。横 坐标表示悬点的相 对位移。
图1－12 抽油机井实测示功图
实测最大载荷和最小载荷
图1－17 固定阀漏失
极限情况
• 当吸入阀严重 漏失时，排出 阀一直不能打 开，悬点不能 卸载 ( 图 1 － 18) 。 • 吸入部分和排 出部分同时漏 失时的示功图 是分别漏失时 的图形的叠合， 近似于椭圆形 (图1－19)。
图1－18 重漏失
固定阀严
图11－19 吸入阀和排 出阀同时漏失
4．柱塞遇卡的示功图
3．考虑惯性载荷和振动载荷后 的理论示功图
• 在实际计算惯性 载荷时，通常只 计算其最大值。 其经验计算公式 为： • Imax=WrSn2/1440
图1－13 考虑惯性和振动后的理论示功图
4、驴头悬点最大载荷、最小载荷的计算
• 根据抽油机运动的特点，抽油机在上下冲程中悬点载 荷是不同的，上冲程时为最大载荷，下冲程时为最小 载荷。在忽略摩擦载荷和振动载荷的条件下，其计算 公式如下： • Pmax＝Wr ／ +W1 ／ + Imax • Pmin＝Wl’一Imax • 如果把抽油机驴头悬点看作曲柄滑块机构运动，曲柄 旋转半径与连杆长度之比为 1／ 4 ，且只考虑液柱、杆 及杆柱惯性载荷时，可用下列经验公式进行计算： • Pmax＝Wl+Wr(b+Sn2／1440) 。 • Pmin、＝Wr(b一Sn2／1440) • 式中，b＝1一ρ液／ρ钢
有杆抽油设备
第四节 抽油机井参数的分析与计算
第三节 抽油机井参数的分析与计算
一、抽油机悬点载荷及其计算 抽油机工作时驴头悬点始终承受着上下往 复变化载荷，如图1－9所示。
1．计算悬点最大和最 小载荷的一般公式
• 根据对悬点所承受的各种载荷的分 析，抽油机工作时，上、下冲程中 悬点载荷的组成是不同的。最大载 荷发生在上冲程中，最小载荷发生 在下冲程中，其值分别如下： • Pmax=Wr+W1+Iu+Phu+Fu+Pv • Pmin＝W／r－Id＋Phd－Fd一Pv • 如前所述，在下泵深度及沉没度不 很大、井口回压及冲数不甚高的稀 油直井内，在计算最大和最小载荷 时，通常可以忽略Pv、Fu、、Ph及 液柱惯性载荷。
图1－9 抽油机井示意图
2．静载荷：
• 以物理学分析的方法，这种交变载荷可分为静 载荷、动载荷、摩擦载荷，而理论和现场实践 都已证明摩擦载荷与静载荷、动载荷相比可以 忽略不计，所以这里首先重点介绍静载荷。 • 是指不随运动变化的载荷。由图9可知，抽油 机上行(上冲程)时，游动阀是关闭的，悬点(光 杆)所受静载荷为(抽油杆重、活塞截面以上的 液柱重)
静载荷的计算
• • • • • • • • • • • (1)抽油杆(柱)重： Wr＝frρ杆gL (2)活塞上的液柱载荷： Wl＝(F一fr)ρgL (3)在液体中抽油杆(柱)重： W／r＝fr (ρ杆一ρ)gL (4)悬点的静载荷 由上分析可知， 上冲程时悬点的静载荷 P上＝Wr+Wl ＝frρ杆gL+(F一fr)ρgL =fr (ρ杆一ρ)gL + FρgL =W／r+W／l 下冲程时悬点的静载荷 P下＝W／r
图1-20 活塞卡在泵筒中部
4．带喷井的示功图
• 对于具有一定自喷能力的抽油井，抽汲实际上只起 诱喷和助喷作用。在抽汲过程中，游动阀和固定阀 处于同时打开状态，液柱载荷基本加不到悬点。示 功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及 抽汲液体的粘度。图1－21和1－22为不同喷势及不 同粘度的带喷井的实测示功图。
• CD 线段为卸载线，即驴头开始下行，游动阀 仍处于关闭状态，但固定阀开始关闭。此时悬 点载荷在变小，杆管与前一过程发生相反的弹 性变形，直至 D 点活塞并没有跟着杆一起下行， 其冲程损失也是λ ＝(λ r+λ t)。 • DA 线段为下载荷线，即杆管弹性变形结束， 载荷降至最小 (Wr ／ ) ，活塞开始跟光杆同步下 行至下死点 A ，此过程中固定阀关闭，游动阀 打开，油管进液，此过程为下冲程的有效冲程。 • 图1－10中AC为光杆冲程，AD为活塞冲程。
（1）静载荷的变化规律分析
由此，悬点的有效冲程 即柱塞工作冲程： Sp＝S－(λ r+λ t)＝S一λ 式中 λ ——冲程损失。 λ 值可以根据虎克定律 来计算： 注意，抽油杆柱和油管 柱的自重伸长在泵工作 的整个过程中是不变的， 因此，它们不会影响柱 塞冲程。
图1－11 抽油杆和油管弹性伸缩示意图
• 由图形中最高、最低位置 B 、 D点量出高度，再 由测试仪的力比(实际值与图上数值的比)就可以 计算出本井悬点实测最大载荷和最小载荷。 • 由图形中 A 点到 C 点横向 ( 水平 ) 量出其长度，再 由测试仪的减程比(实际长度值与图上数值的比) 就可以计算出本井光杆的最大冲程。 • 抽油机井实测示功图对抽油机井的日常管理和抽 油状况分析是相当重要的，生产现场可对实测的 示功图与该井的理论示功图进行对比分析。
图11－14 有气体影响的示 功图
2、沉没度的影响
• 当沉没度过小及供油不足使液体 不能充满工作筒时的示功图如图 1 － 15 所示。充不满的图形特点 是下冲程中悬点载荷不能立即减 小，只有当柱塞遇到液面时，才 迅速卸载。所以，卸载线较气体 影响的卸载线 ( 图 1 － 14) 上的凸 形弧线(CD／)陡而直。 • 有时，当柱塞碰到液面时，振动 载荷线会出现波浪。快速抽汲时 往往因撞击液面而发生较大的冲 击载荷，使图形变形得很厉害。